भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान-जोधपुर के शोधकर्ता डॉ. अमिताव बनर्जी ने अपनी टीम के साथ मिलकर “ग्रीन अमोनिया” के संश्लेषण के लिए आवश्यक नाइट्रोजन रिडक्शन रिएक्शन (NRR) के लिए आशाजनक एकल-परमाणु उत्प्रेरक की पहचान की है। वर्तमान में, ग्रीन अमोनिया के संश्लेषण की पारंपरिक प्रक्रिया में कार्बन फुटप्रिंट बहुत अधिक है, क्योंकि यह वैश्विक कार्बन डाइऑक्साइड का ~3% उत्सर्जित करता है और दुनिया के कुल ऊर्जा उत्पादन का ~2% खपत करता है।
भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान-जोधपुर के शोधकर्ता डॉ. अमिताव बनर्जी ने अपनी टीम के साथ मिलकर “ग्रीन अमोनिया” के संश्लेषण के लिए आवश्यक नाइट्रोजन रिडक्शन रिएक्शन (NRR) के लिए आशाजनक एकल-परमाणु उत्प्रेरक की पहचान की है। वर्तमान में, ग्रीन अमोनिया के संश्लेषण की पारंपरिक प्रक्रिया में कार्बन फुटप्रिंट बहुत अधिक है, क्योंकि यह वैश्विक कार्बन डाइऑक्साइड का ~3% उत्सर्जित करता है और दुनिया के कुल ऊर्जा उत्पादन का ~2% खपत करता है।
इलेक्ट्रोकेमिकल संश्लेषण मार्ग इसके संश्लेषण के लिए एक महत्वपूर्ण विकल्प हो सकता है, जहाँ नाइट्रोजन रिडक्शन रिएक्शन (NRR) कई उत्प्रेरकों पर खराब नाइट्रोजन सोखना और प्रतिस्पर्धी हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया की उपस्थिति के साथ मजबूत NN ट्रिपल बॉन्ड के कारण सबसे कठिन प्रतिक्रियाओं में से एक है। इसलिए, शोधकर्ताओं ने “ग्रीन अमोनिया” को संश्लेषित करने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल NRR पर ध्यान केंद्रित किया।
वर्तमान में, टीम ग्रीन अमोनिया और ग्रीन यूरिया उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोकैटेलिस्ट के डिजाइन पर ध्यान केंद्रित कर रही है। मौजूदा पारंपरिक प्रक्रियाओं की तुलना में दोनों में कम या नगण्य कार्बन पदचिह्न होंगे। यूरिया सामाजिक विकास के लिए एक महत्वपूर्ण यौगिक है और 46% नाइट्रोजन (वजन के हिसाब से) की उच्च उपस्थिति इसे उर्वरक उद्योग में एक प्रमुख खिलाड़ी बनाती है। अमोनिया उर्वरक उद्योग के साथ-साथ कागज, कपड़ा और रबर उद्योगों में भी प्रमुख तत्वों में से एक है। इसके अलावा, यह ईंधन के आसान परिवहन और भंडारण के लिए हाइड्रोजन का एक संभावित वाहक हो सकता है, जो मौजूदा अमोनिया पाइपलाइनों का उपयोग करके हमारे देश में हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था को गति दे सकता है।
अनुसंधान के महत्व के बारे में बात करते हुए, आईआईटी-जोधपुर के धातुकर्म और सामग्री इंजीनियरिंग विभाग के सहायक प्रोफेसर डॉ. बनर्जी ने कहा, “एनएच₃ के इलेक्ट्रोकेमिकल संश्लेषण में रुचि में हाल ही में वृद्धि ने नाइट्रोजन रिडक्शन रिएक्शन (एनआरआर) उत्प्रेरक की अपर्याप्तता को उजागर किया है। इसलिए, हमारे समूह का प्राथमिक उद्देश्य एनआरआर उत्प्रेरक को कम्प्यूटेशनल रूप से डिजाइन करना और प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त एनआरआर उत्प्रेरक तंत्र के लिए अंतर्दृष्टि प्रदान करना है।
“हमारी शोध पद्धति में उच्च-थ्रूपुट संरचनात्मक खोज और सामग्री सूचना विज्ञान के संयोजन में घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत-आधारित उपकरणों की गहन समझ शामिल है। ताकि हम एक विशाल संरचना स्थान के साथ-साथ संबंधित सामग्री संरचनाओं को कुशलतापूर्वक कवर कर सकें। इसमें कोई संदेह नहीं है कि यह परमाणु डिजाइन अंतर्दृष्टि प्रयोगात्मक समय के साथ-साथ उपयुक्त एनआरआर उत्प्रेरक की खोज के लिए संसाधन-व्यय को भी कम करेगी।”
टीम ने अन्य संभावित सामग्री रसायन विज्ञान विकल्पों की भी खोज की, एक विकल्प धातु नाइट्राइड का उपयोग करना है, जो मार्स-वैन क्रेवेलन (एमवीके) तंत्र नामक तंत्र के माध्यम से एनआरआर को ट्रिगर करने का एक प्राकृतिक विकल्प है। टीम ने एक और दिलचस्प विकल्प खोजा है जो धातु ऑक्सीनाइट्राइड (एक्सबायओडब्लूएनजेड के रूप में दर्शाया गया है) है। यह एनआरआर के लिए कम खोजी गई सामग्री का वर्ग है और इसमें बहुत संभावनाएं हैं।
एनआरआर उत्प्रेरकों के लिए चल रही खोज के विस्तार के रूप में, समूह ने रामकृष्ण मिशन विद्यामंदिर, बेलूर मठ के डॉ. घोराई के समूह के साथ मिलकर दो अलग-अलग संक्रमण धातुओं से जुड़े उत्प्रेरक तंत्र की भी खोज की है।
यह तंत्र नाइट्रोजन-नाइट्रोजन (एनएन) ट्रिपल बॉन्ड को कुशलतापूर्वक सक्रिय करता है और कार्बन-नाइट्रोजन (सीएन) बॉन्ड के निर्माण को बढ़ावा देता है, जिससे अंततः पर्यावरण के अनुकूल यूरिया का उत्पादन होता है। समूह का भविष्य का शोध लक्ष्य विभिन्न नाइट्रोजन प्रदूषकों से अमोनिया के विद्युत रासायनिक संश्लेषण की खोज करना है।
आईआईटी-जोधपुर की प्रयोगशाला “ग्रीन अमोनिया” के संश्लेषण के लिए इलेक्ट्रोकैटेलिस्ट्स की डिजाइनिंग पर काम कर रही है और इसका नेतृत्व डॉ. अमिताभ बनर्जी कर रहे हैं, जिसे वर्तमान में विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान बोर्ड, एसईआरबी (डीएसटी)-एसआरजी द्वारा वित्त पोषित किया जा रहा है।
